（1中国南方电网超高压输电公司 广州局广州 510000；2华南理工大学 广州 510641）
摘要：本文介绍了该装拆工装的设计背景、设计结构及设计计算，重点阐述了基于solidworks simulation对工装接口和水管接口的位移模拟。试验及现场应用表明，该工装使装拆换流阀分支水管的工作更快捷、更安全。
关键词：换流阀分支水管；可调式；拆装工装
引言
高压直流输电（EHV）的核心技术集中于换流站设备，而换流阀是换流站实现高压交直电能转换的核心设备。换流阀内的元件在运行过程中产生大量的热，如果散热不良将会导致元件损坏的恶果，因此散热系统对换流阀尤为重要[1-3]。目前，带水冷冷却方式的换流阀已在直流输电工程得到推广及应用普及。一个换流站的水冷分支水管接口数量不低于12000个，且接口尺寸规格呈现多样性（对边12mm至19mm为主）。在换流阀设备运行维护中，实现对换流阀的水冷分支水管接口装拆的工装主要为定制型工装，工作人员需携带多种笨重的装拆工装进行高空作业，其给高空作业带来的许多不便之处。当对不同位置或不同种类的水冷分支水管进行连续作业，需花费较多更换工装时间，且至少需两人配合完成，在多次传递工装中增加了作业风险，不利于抢修作业，直接降低直流能量可利用率。
为了解决以上问题，研制了一种可调式的换流阀分支水管装拆工装，解决现有工装使用的单一性，实现换流阀水冷分支水管接口装拆工装的通用性。
1结构设计
1.1工装的使用工况
由于分支水管所在空间的受限性，若使用通用的扳手，其受力方向与水管接口保持在同一平面上，是无法操作的。在装拆过程中，工装仅能垂直作用于水管接口以实现旋转。
1.2工装接口的设计
分支水管接口结构主要特点为正六边形，通常情况下，考虑使用通用活动扳手。因此该工装接口的设计参照了通用活动扳手的工作方式并考虑了作用物体空间极度受限的问题。
通过螺杆螺母的传动实现活动块的移动，从而调节工装规格；工装角度为120°，利用正六边形不论大小变化，其对角线位置不变原理实现对不同分支水管接口的适配性；在对角增加凹槽，凹槽的宽度根据适用范围精确计算，保证紧贴接触分支水管接口，使其受力牢固，避免旋转时出现打滑。
1.3工装的总体设计
工装采用螺杆螺母啮合的螺旋传动原理实现工装接口的张开和合拢，并通过其中的螺旋角度的自锁功能，防止在工件锁紧时松开。工装通过连接杆1将接口和滑块9连接起来。
滑块机构通过连接杆限制工件其它自由度，使其只能在其后方向上移动。并通过销钉将其在不同位置时固定，实现工装长度的调节，并保证整个手柄不会松动。同时通过钢珠来保证手柄位置的准确。
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2工装的设计计算
2.1工装的设定扭矩
在工装中连接杆与扳体连接的销较小（直径2mm），故需计算其最大的承受力做为工装中的设定力，保证工装不会损坏，计算如下：
销轴（45#）屈服强度，销轴直径，销能够承受的最大力为：
取以上数值为工装中的设定力，即为：1115N
转换称成旋转的扭矩M，计算如下：
连接杆与扳体连接处的轴直径，
故设定的扭矩为：4.5Nm。
2.2工装接口凹槽的设计
对于不同规格水管接口，在相同的力矩作用下，规格越小（即d越小），水管接口受力越大。因此，只需分析扳手对规格最小（）的水管接口的作用情况。
假设工装对管接口施加扭矩M，当时，的作用力矩与M相反，不利于水管接口受力。因此以下分析只考虑的情况。
为了方便分析，因B、D两点的位置对称，所以可令，根据工装对六角接口作用扭矩，有：
由上式可知，L越小，B点和D点受力的作用力臂越大，水管接口受力越小，可以避免水管接口因受力过大而磨损。
但是凹槽尺寸L过小，不利于对分支水管接口的紧固，容易将接口的棱角导圆，导致分支水管接口与扳手受力打滑。水管接口的棱角是否会被导圆取决于棱角处的位移量，下面运用Solidworks Simulation分析分支水管接口在受力情况下的棱角位移，由此讨论L的极小值。
由上面分析可知L<6mm，因此L分别取2mm、3mm、4mm、5mm。实际工况可等效模拟：分别在水管接口A、B、C、D四个线位置添加卡具，在水管接口内部添加大小为4.5Nm的力矩。最后分别模拟出水管接口内部位移结果。
该模拟分析采用保持结果和其他参数不变，改变凹槽的宽度的办法，分别得出四组不同的位移量数据（L=2、3、4、5mm的最大位移分别为0.1720、0.1718、0.1632、0.1722mm）。分析认为：当L较小时刚度对水管接口内部位移起主导作用，L越小刚度越小，因此位移越大；当L较大时根据根据，L变大使Ld和Lb减小，使作用力过大从而增大位移。最终分析结果得出L=4mm为最佳尺寸。
3基于solidworks simulation对工装接口的分析
当本工装用于拆装螺母时应考虑工装的刚度问题，对工装接口开槽将会减弱工装的刚度。合理的设计槽口的形状可以有效地减小工装刚度的削弱，下面通过solidworks simulation模拟分析槽口对工装刚度的影响及不同形状槽口的影响。
模拟过程对工装A、B、C、D四个线位置添加卡具，对工装施加大小为500Nm的力矩，分别模拟出未开槽、开方槽（L=4mm）、开圆槽（L=4mm）三种情况，得出模拟结果（最大位移分别为0.03283、0.05269、0.044mm）。由模拟结果可知：开圆形槽口对工装头刚度的减弱比开方形槽口刚度的减弱小近50%，因此在设计制造用于拆装螺母的工装头时应开圆形槽口。
参考文献：
[1] 李晓黎，陈祖胜.特高压直流输电技术发展综述[J].广西电力，2009，（1）：23-26.
作者简介：
谢桂泉（1985-），男，硕士研究生，工程师，主要从事高压直流输电技术工作；
林丽红（1990-），女，硕士研究生，从事机械及生产过程自动控制技术的研究；
王慧泉（1984-），男，工程师，主要从事高压直流输电技术工作；
工装发明专利授权号：201310574645.1，工装已在特高压直流输电换流阀特种作业推广使用。
论文作者:谢桂泉1,林丽红2,王慧泉3
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/5
标签：工装论文; 水管论文; 接口论文; 分支论文; 位移论文; 刚度论文; 受力论文; 《电力设备》2016年第18期论文;